摘要: 作为广受关注的半导体材料，氧化钼和氧化钨在光照条件下能够发生可逆的氧化-还原反应并伴随着颜色的变化，变色前后，它们对光、电、磁、热等诸多物理性能具有显著的调节能力。近年来，氧化钼和氧化钨材料被应用在智能光控的节能窗上，这主要是由于它... 展开 作为广受关注的半导体材料，氧化钼和氧化钨在光照条件下能够发生可逆的氧化-还原反应并伴随着颜色的变化，变色前后，它们对光、电、磁、热等诸多物理性能具有显著的调节能力。近年来，氧化钼和氧化钨材料被应用在智能光控的节能窗上，这主要是由于它们的光控可逆调节太阳光谱的能力。然而在实际应用中，这些材料仍然存在一些问题亟待解决，如颗粒尺寸难控，激发波长单一（仅紫外光激发），调光效率低，调光区域单一，褪色缓慢等。 针对以上问题，本课题着重研究三氧化钼和三氧化钨的可控制备，复合改性，及其光致变色性能和应用。首先在酸性环境下利用水热法合成了MoO3和WO3纳米颗粒，并且采用一步水热法，溶胶-凝胶沉积和空气退火处理等，研究了MoO3和WO3同质结，及其与二氧化钛的异质结对光致变色性能的影响，其中合成的氧化钛@氧化钼复合纳米粉体表现出显著增强的光致变色性能。研究了MoO3与TiO2之间的界面效应，氧化钛和氧化钼不同结晶度对界面效应的影响，同质结中氧缺陷浓度对MoO3-MoO3-x和WO3@WO3-x复合材料的选择性调控的影响。主要的研究结果和结论如下: 1、对光致变色材料制备条件的研究。采用易控形貌的水热法，制备了形貌各异的光致变色氧化物纳米粉体。考察不同物质组合，不同形貌，不同试验条件对结构和性能的影响。研究了不同温度和酸性环境对粉体结构的影响，高温(＞200℃)下易形成大尺寸物质，结晶性也好，温度低于100℃时，材料容易出现自组装现象;随酸性增强，氧化钼形貌逐步从块体变成微米棒，再到纳米线。同时研究了酸的种类对材料形貌的影响，有机酸比无机酸更易控制材料尺寸和组成，其中草酸在纳米颗粒尺寸，结晶度调控等方面都有独特的优势。 2、对提高材料光致变色调光效率的研究。由于光致变色氧化物带隙较宽和光生电子对易再结合，局限了该材料的应用，如何制备一种高效抑制光生电子对结合的复合结构一直困扰着科研者们。本课题选用与其能带匹配的宽禁带半导体（如TiO2）作为复合材料，采用化学法制备多种形貌均一、比表面积高、分散性好的复合纳米颗粒。通过光学性能测试和分析，晶态TiO2@非晶MoO3复合粉体在600nm处的吸收度(10.85)是纯氧化钼的(0.354)三十倍。在1000nm处MoO3@非晶TiO2的调光效率(7.5)为MoO3@晶态TiO2的(1.97)的3.5倍。证实这样的复合结构有效的抑制了光生电子对的再结合，增加了光生电子浓度，显著地提高了其光致变色性能。 3、对太阳光选择性调控的研究。WO3-x作为一种半导体，当x＞0.1时，表现出金属态，具有表面等离子共振现象，并且随氧还原程度的增加，等离子共振峰向高能移动。由此本课题采用简单地水热法，制备一系列小尺寸、高比表面积、分散性好的自包覆WO3-x纳米颗粒。利用光学性能测试和分析，表明此种材料有很强的光调节效率(△Tsol=65％)，并且对太阳光红外区域有选择性调控功能，吸收峰有规律的向红外方向移动。 4、对光致变色褪色效率的研究。就反应本质而言，材料褪色其实是一个把五价钨氧化成六价钨的过程，而其中起到关键性作用的就是环境的氧化能力。首先发现所制得的氧化钨纳米粉体材料对有机物有优异的吸附作用，这为光致变色薄膜的制备提供了很大的便利。其次在浆料的制备过程中发现，分散剂对材料的分散有很重要作用，选择良好的分散剂可以有效提高材料和有机树脂的接触面积。最后水性树脂可以为材料变色提供充足的质子，氧化钨纳米粉体与水性树脂复合之后，选择最佳的成膜配方，可实现在不影响材料光调节效率的前提下，显著提高了自褪色速率，当薄膜褪色恢复程度到99％时，褪色所用时间仅为3h，显著提高为材料的实际应用能力。 收起